Elektrické stromování - Electrical treeing

3D „elektrický strom“ (nebo Lichtenbergova postava ), vložený do 1,5palcové krychle o polymethylmethakrylát (PMMA)

v elektrotechnika, stromování je elektrický předporuchový jev v pevné látce izolace. Jedná se o škodlivý proces kvůli částečné výboje a postupuje ve stresu dielektrikum izolace, v cestě připomínající větve stromu. Stromy pevné izolace vysokonapěťových kabelů jsou běžným mechanismem rozbití a zdrojem elektrických poruch v podzemních silových kabelech.

Další události a příčiny

Nejprve dochází k elektrickému stromování a šíří se, když je suchý dielektrický materiál vystaven vysokému a odlišnému elektrické pole stres po dlouhou dobu. Je pozorováno, že elektrické stromování vzniká v místech, kde jsou nečistoty, plyn dutiny, mechanické vady nebo vodivé výčnělky způsobují nadměrné množství elektrické pole napětí v malých oblastech dielektrika. To může ionizovat plyny v dutinách uvnitř objemového dielektrika, vytvářející malé elektrické výboje mezi stěnami prázdnoty. Nečistota nebo vada mohou dokonce vést k částečnému rozpadu samotného pevného dielektrika. Ultrafialové světlo a ozón z nich částečné výboje (PD) pak reagují s blízkým dielektrikem, rozkládají se a dále degradují jeho izolační schopnost. Plyny jsou často osvobozovány, protože dielektrikum degraduje a vytváří nové dutiny a praskliny. Tyto vady dále oslabují dielektrickou pevnost materiálu, zvyšují elektrické napětí a urychlují proces PD.

Vodní stromy a elektrické stromy

V přítomnosti vody se objeví difuzní, částečně vodivá 3D chocholovitá struktura, zvaná a vodní strom, se mohou tvořit v polyetylenovém dielektriku používaném v podzemních nebo vodou ponořených vysokonapěťových kabelech. Je známo, že oblak sestává z husté sítě extrémně malých kanálů naplněných vodou, které jsou definovány přirozenou krystalickou strukturou polymeru. Jednotlivé kanály jsou pomocí optického zvětšení extrémně obtížně viditelné, takže jejich studium obvykle vyžaduje použití a rastrovací elektronový mikroskop (SEM).

Vodní stromy začínají jako mikroskopická oblast poblíž defektu. Poté rostou pod trvalou přítomností vysokého elektrického pole a vody. Vodní stromy mohou nakonec dorůst do bodu, kdy přemostí vnější zemní vrstvu na středový vysokonapěťový vodič, přičemž v tomto okamžiku se napětí přerozdělí po izolaci. Vodní stromy obecně nejsou problémem spolehlivosti, pokud nejsou schopny zahájit elektrický strom.

Jiný typ stromové struktury, která se může tvořit s přítomností vody nebo bez ní, se nazývá an elektrický strom. Také se tvoří v polyethylenovém dielektriku (stejně jako v mnoha dalších pevných dielektrikách). Elektrické stromy také vznikají tam, kde vylepšení objemového nebo povrchového napětí iniciují dielektrický rozpad v malé oblasti izolace. To trvale poškodí izolační materiál v dané oblasti. K dalšímu růstu stromu pak dochází prostřednictvím dalších malých elektrických poruchových událostí (tzv částečné výboje ). Růst elektrického stromu může být urychlen rychlými změnami napětí, jako jsou operace přepínání nástrojů. Také kabely injektované vysokonapěťovým stejnosměrným proudem mohou v průběhu času vyvinout elektrické stromy, protože elektrické náboje migrují do dielektrika nejblíže vodiči VN. Oblast vstřikovaného náboje (nazývaná a vesmírný náboj ) zesiluje elektrické pole v dielektriku, stimuluje další zesílení napětí a iniciaci elektrických stromů jako místa již existujícího zesílení napětí. Protože samotný elektrický strom je obvykle částečně vodivý, jeho přítomnost také zvyšuje elektrické napětí v oblasti mezi stromem a opačným vodičem.

Na rozdíl od vodních stromů jsou jednotlivé kanály elektrických stromů větší a snáze viditelné.[1][2]Stromování je mechanismem dlouhodobého selhání pohřbených polymer - izolované vysokonapěťové napájecí kabely, poprvé hlášené v roce 1969.[3] Podobným způsobem se mohou 2D stromy vyskytovat podél povrchu vysoce namáhaného dielektrika nebo přes dielektrický povrch, který byl kontaminován prachem nebo minerálními solemi. V průběhu času mohou tyto částečně vodivé stezky růst, dokud nezpůsobí úplné selhání dielektrika. Elektrické sledování, někdy nazývané suché páskování, je typický mechanismus selhání elektrických izolátorů, které jsou podél pobřeží kontaminovány solnou mlhou. Větvené 2D a 3D vzory se někdy nazývají Lichtenbergovy postavy.

2D karbonizované elektrické stromy (nebo sledování) přes povrch polykarbonátové desky, která byla součástí a trigatron. Tyto částečně vodivé cesty nakonec vedly k předčasnému zhroucení a provozní poruše zařízení

Elektrická stromování neboli „Lichtenbergova čísla“ se také vyskytují ve vysokonapěťových zařízeních těsně před poruchou. Sledování těchto Lichtenbergových údajů v izolaci během posmrtného vyšetřování rozebrané izolace může být nejužitečnější při hledání příčiny poruchy. Zkušený technik vysokého napětí vidí ze směru a typu stromů a jejich větví, kde se nacházela primární příčina poruchy, a případně ji najít. Takto lze užitečně prozkoumat poškozené transformátory, vysokonapěťové kabely, průchodky a další zařízení; izolace je rozvinutá (v případě papírové izolace) nebo nakrájena na tenké plátky (v případě pevných izolačních systémů), výsledky jsou načrtnuty a vyfotografovány a tvoří užitečný archiv procesu rozpadu.

Druhy elektrických stromů

Elektrické stromy lze dále kategorizovat v závislosti na různých vzorech stromů. Patří mezi ně dendrity, typ větve, typ keře, hroty, provázky, motýlky a větrané stromy. Dva nejčastěji se vyskytující typy stromů jsou motýlkové stromy a větrané stromy.[4]

Motýlkové stromy
Motýlkové stromy jsou stromy, které začínají růst zevnitř dielektrické izolace a rostou symetricky směrem ven k elektrodám. Protože stromy začínají v izolaci, nemají volný přívod vzduchu, který umožní nepřetržitou podporu částečných výbojů. Tyto stromy mají tedy diskontinuální růst, což je důvod, proč motýlkové stromy obvykle nerostou dostatečně dlouho na to, aby plně přemostily celou izolaci mezi elektrodami, a proto nezpůsobily poruchu izolace.
Větrané stromy
Větrané stromy jsou stromy, které se iniciují na rozhraní izolace elektrod a rostou směrem k opačné elektrodě. Přístup k volnému vzduchu je velmi důležitým faktorem pro růst větraných stromů. Tyto stromy jsou schopny růst nepřetržitě, dokud nejsou dostatečně dlouhé na přemostění elektrod, což způsobí poruchu izolace.

Detekce a umístění elektrických stromů

Elektrické stromy lze detekovat a lokalizovat pomocí měření částečného výboje.

Protože naměřené hodnoty této metody neumožňují absolutní interpretaci, data shromážděná během postupu se porovnávají s naměřenými hodnotami stejného kabelu shromážděného během testu. To umožňuje jednoduchou a rychlou klasifikaci dielektrického stavu (nového, silně stárnoucího, vadného) testovaného kabelu.

Pro měření úrovně částečných výbojů, 50–60 Hz nebo někdy sinusový 0,1 Hz VLF (velmi nízká frekvence ) lze použít napětí. Zapínací napětí, hlavní kritérium měření, se může lišit o více než 100% mezi 50–60 Hz měřením ve srovnání s 0,1 Hz VLF (velmi nízká frekvence ) Zdroj sinusového střídavého proudu při napájecí frekvenci (50–60 Hz) podle požadavků norem IEEE 48, 404, 386 a norem ICEA S-97-682, S-94-649 a S-108-720. Moderní systémy detekce PD používají software pro zpracování digitálního signálu pro analýzu a zobrazení výsledků měření.

Analýza PD signálů shromážděných během měření s vhodným vybavením může umožnit naprostou většinu lokalizace vad izolace. Obvykle se zobrazují ve formátu mapování částečného vybití. Další užitečné informace o testovaném zařízení lze odvodit z fázového zobrazení částečných výbojů.

Dostatečný protokol o měření obsahuje:

  • Kalibrační puls (v souladu s IEC 60270) a detekce konce
  • Hluk v pozadí uspořádání měření
  • Počáteční napětí při částečném vybití PDIV
  • Úroveň částečného vybití na 1,7 Vo
  • Částečné výbojové hasicí napětí PDEV
  • Fázově vyřešený vzor částečného vybití PRPD pro pokročilou interpretaci chování částečných výbojů (volitelně)

Viz také

Reference

  1. ^ E. Moreau; C. Mayoux; C. Laurent (únor 1993), „Strukturální charakteristiky vodních stromů v napájecích kabelech a laboratorních vzorcích“, Transakce IEEE na elektrické izolaci, IEEE, 28 (1): 54–64, doi:10.1109/14.192240
  2. ^ Simmons, M. (2001). „Oddíl 6.6.2“. V Ryan, Hugh M. (ed.). Vysokonapěťové inženýrství a testování (Druhé vydání.). Instituce elektrotechniků. p. 266. ISBN  0-85296-775-6.
  3. ^ T. Miyashita (1971), „Zhoršení vody ponořeného drátu z polyethylenu povlečeného publikací Treeing = Proceedings 1969 IEEE-NEMA Electrical Insulation Conference“, Transakce IEEE na elektrické izolaci, EI-6 (3): 129–135, doi:10.1109 / TEI.1971.299145
  4. ^ Thue, William A. (1997). Elektrická izolace v energetických systémech. CRC. 255–256. ISBN  978-0-8247-0106-2.

externí odkazy